Межпредметные связи в высшей школе: математическое обеспечение курса аналитической химии (12208)

Посмотреть архив целиком

Межпредметные связи в высшей школе: математическое обеспечение курса аналитической химии

В.И. Вершинин, С.В. Усова, Омский государственный университет, кафедра аналитической химии и химии нефти

Для оптимизации подготовки специалистов важно выявить межпредметные связи (МПС) и учесть их профессиональную направленность при отборе содержания учебных дисциплин. Такой подход для педагогики высшей школы является нетривиальным, а его возможности мало изучены. В данной работе, выполненной по программе "Университеты России - фундаментальные исследования" (направление 10.11), в качестве примера рассматривается связь курсов аналитической химии (АХ) и высшей математики (ВМ). Выбор связан с тем, что при подготовке химиков АХ является типичной общепрофессиональной, а ВМ - важнейшей общеобразовательной дисциплиной естественно-научного блока. В нашу задачу входило: а) выявить те разделы математики (методы, понятия, умения и навыки), которые необходимы и достаточны студенту для освоения программы АХ на требуемом уровне; б) на этой основе дать рекомендации для уточнения программ и методов преподавания обеих дисциплин.

Характеристика курсов и методика исследования. В соответствии с госстандартом специальности 011000 - Химия курс АХ является общепрофессиональной дисциплиной с трудоемкостью 500 часов [1]. В классических университетах АХ обычно изучают в 3 и 4 семестрах в объеме 300-400 аудиторных часов (в ОмГУ - 369 при 86 лекционных). В разных университетах меняется не столько перечень разделов курса, сколько доля часов, выделяемых на изучение каждого раздела [2], при этом используются одни и те же учебники. Программа модернизируется раз в 5-10 лет без существенного изменения содержания.

Курс ВМ изучается студентами-химиками в 1-2 семестрах (т. е. до АХ) в объеме 200-300 аудиторных часов. В ОмГУ на него отведено 278 часов, в том числе 130 лекционных. Типовая программа курса ВМ [3], к сожалению, не профилизирована и фактически является урезанным вариантом курса ВМ для математиков. Это неоднократно вызывало предложения по изменению структуры математической подготовки в целом и/или содержания курса ВМ [4]. Однако анкетирование вузов показало, что содержание курса ВМ на химических факультетах классических университетов однотипно и стабильно. Таким образом, обе исследуемые учебные дисциплины являются "устоявшимися", что и позволяет анализировать МПС на программном уровне.

Методика исследования заключалась в рассмотрении рабочих программ и содержания учебников по АХ (например, [6-8]). Для каждого раздела выделяли необходимый математический аппарат (набор методов, понятий и т.п.).

Таблица 1. Связи между основными разделами курсов АХ (строки) и ВМ (столбцы)

Раздел

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Дополнение

1

+

+

+

+

Теория информации, экстраполяция и интерполяция, статистические веса

2

+

+

Проверка однородности дисперсий

3

+

+

+

Алгебраические уравнений (n>2)

4

+

Связь ошибок 1 и 2 рода для гипотез

5

+

+

+

Решение степенных уравнений

6

+

+

+

Методы оптимизаций

7

+

Методы линеаризации

8

+

+

9

+

+

Методы линеаризации

10

+

+

+

+

+

Решение систем уравнений, матрицы

11

+

+

+

Симплекс, поверхность отклика, приемы устранения шумов и помех

Разделы курса АХ взяты в соответствии с программой [5]. В таблице связи между родственными разделами обоих курсов отмечены знаком (+). Например, изучая в курсе АХ раздел "Кинетические методы анализа", студент должен иметь представление о дифференциальных уравнениях (они описывают кинетику индикаторных реакций) и уметь решать их. Этому соответствует знак (+) на пересечении строки 8 и столбца Ж. Можно дать и более подробную характеристику межпредметных связей - на уровне подразделов и примеров, а также перечни методов и понятий, но в настоящей статье такие детали вряд ли целесообразны.

В таблице цифрами обозначены следующие разделы курса АХ: 1 - метрологические основы химического анализа; 2 - теория и практика пробоотбора; 3 - типы реакций и процессов в АХ, в том числе описание равновесий; 4 - методы обнаружения и идентификации; 5 - методы выделения, разделения и концентрирования (кроме хроматографии); 6 - хроматографический анализ; 7 - титриметрические методы; 8 - кинетические методы; 9 - электрохимические методы; 10 - оптические методы; 11 - автоматизация анализа и использование ЭВМ. Разделы курса ВМ обозначены буквами: А - аналитическая геометрия; Б - алгебра; В - функции и пределы; Г - производные и дифференциалы, дифференциальное исчисление; Д - интегралы и интегральное исчисление; Е - ряды; Ж - дифференциальные уравнения и их решение; З - основы теории вероятностей; И - элементы матстатистики и теории измерений.

Результаты и их анализ. Как видно из таблицы, курс АХ в достаточно большой степени матема- тизирован (из общепрофессиональных химических дисциплин он уступает в этом отношении только курсам квантовой и физической химии). Студенты-химики пользуются аппаратом теории вероятностей и математической статистики, классической алгеброй; они должны знать начала математического анализа и уметь решать несложные дифференциальные уравнения. В значительно меньшей степени используются ряды (для объяснения Фурье-спектроскопии и для вывода некоторых приближенных формул) и представления аналитической геометрии. Математического багажа, полученного студентами при изучении ВМ, в основном хватает для освоения программы общего курса АХ (в отличие от квантовой химии или спецкурсов).

Однако некоторыми важными для курса АХ математическими методами, понятиями и практическими умениями студенты не владеют, так как они не включены в типовую и рабочие программы курса ВМ. Некоторые примеры указаны в таблице в графе "Дополнения", в основном они относятся к алгебре и математической статистике. Например, в разделе 3 для обоснованного выбора условий маскирования требуется умение решать алгебраические уравнения высоких степеней (вплоть до n = 8). Для расчета результатов потенциометрического титрования (разделы 7 и 9) придется проводить линеаризацию кривых титрования, а в других случаях (разделы 9 и 10) - линеаризацию, интерполяцию и экстраполяцию градуировочных графиков. Для сопоставления результатов анализа между собой и с нормативными документами потребуется овладеть методами статистической проверки гипотез, учитывая взаимосвязь ошибок 1 и 2 рода. Изучение соответствующего материала в типовой программе курса ВМ не предусмотрено и должно быть учтено при ее пересмотре, а до тех пор - при формировании рабочих программ в каждом вузе. Отметим, что простого включения материала в программу недостаточно. Так, студенты получают на первом курсе теоретические сведения по методам поиска экстремумов и решению дифференциальных уравнений, но обучение не доводится до умения выполнять такие операции в ходе решения химических задач, когда они должны выступать в роли общеучебных умений.


Случайные файлы

Файл
88255.doc
referat.doc
8888.rtf
77850.doc
13139-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.